Tiểu luận mạng không dây và di động | Đại học Điện lực

lOMoARcPSD|50662567
19810310437-Nguyễn Quốc Phong-D14CNPM6
Cong nghe thong tin (Đại học Điện lực) Scan to open on Studocu
Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TIỂU LUẬN
MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DI ĐỘNG
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN QUỐC PHONG Lớp : D14CNPM6 Mã SV : 19810310437
Giảng viên hướng dẫn : TS. Hồ Mạnh Cường
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567 MỤC LỤC Trang
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G W-
CDMA...................................................................................................................2
1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.................................................................2
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G...............................................2
1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G)..................................................2
1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3...........................................................3
1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA...........................7
1.2.1 Cấu trúc hệ thống..............................................................................7
1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)..........................................................8
1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN.....................................8
1.2.1.3 Mạng lõi CN............................................................................10
1.2.1.4 Các mạng ngoài.......................................................................11
1.2.1.5 Mạng truyền dẫn......................................................................11
1.2.1.6 Phân lớp trong hệ thống W- CDMA........................................11
1.2.2 Các kênh trong W-CDMA...............................................................13
1.2.2.1 Kênh truyền tải........................................................................13
1.2.2.2 Các kênh vật lý........................................................................15
1.2.2.3 Sự sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý.................17
1.3 SO SÁNH HỆ THỐNG GSM VÀ 3G UMTS W- CDMA....................18
PHẦN 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA....................19
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN.......................19 1
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
2.1.1 Đa truy nhập chia theo thời gian TDMA........................................19
2.1.2 Phương thức đa truy nhập chia theo tần số FDMA.........................19
2.1.3 Phương thức đa truy nhập phân chia tần số trực giao FDMA.........20
2.1.4 Phương thức đa truy nhập chia theo mã CDMA.............................20
2.2 LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ......................................................................21
2.3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ...............................................................23
2.3.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS...................................................23
2.3.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH/SS)................................................35
2.3.2.1 Hệ thống nhảy tần nhanh FFH................................................36
2.3.2.2 Hệ thống nhảy tần chậm SFH..................................................37
2.3.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)......................................37
2.3.4 Các hệ thống lai ghép......................................................................38
2.4 MÃ TRẢI PHỔ......................................................................................39
2.4.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên.................................................................39
2.4.2 Mã Gold..........................................................................................46
2.4.3 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard..............................................47
2.5 ĐỒNG BỘ MÃ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ
......................................................................................................................48
PHẦN 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG W-
CDMA.................................................................................................................50
3.1 QUÁ TRÌNH TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO CÁC KÊNH VẬT LÝ
......................................................................................................................50
3. 1.1 Các mã định kênh...........................................................................50
3.1.2 Ngẫu nhiên hóa...............................................................................51
3.1.2.1 Các loại mã ngẫu nhiên hoá cho đường lên............................52
3.1.2.2 Các loại mã ngẫu nhiên hóa cho đường xuống.......................52
3.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN......53 2
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
3.2.1 Trải phổ cho các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH). 54
3.2.2 Trải phổ cho các kênh PCPCH, PRACH........................................55
3.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG
......................................................................................................................57
3.3.1Các mã trải phổ đường xuống..........................................................57
3.3.2 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống.........................................57
3.3.3 Ghép kênh đa mã đường xuống......................................................58
KẾT LUẬN.........................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................61 3
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang
So sánh các thông số của hệ thống W-CDMA và CDMA- 1.1 6 2000
Kết quả trạng thái đầu ra của bộ tạo mã với 2.1 41 theo xung đồng hồ
Bảng trạng thái bộ ghi dịch tốc độ cao 2.2 42 2.3
Kết quả trạng thái bộ tạo chuỗi bằng cách lấy mẫu 46 4
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567 DANH MỤC CÁC HÌNH Tran Số hình Tên hình g 1.1
Tiến trình phát triển lên 3G của hệ thống thông tin di động 2 1.2
Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA 7 1.3 Cấu trúc mạng UTRAN 9 1.4
Sơ đồ phân lớp hệ thống 12 1.5
Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT-2000 13 1.6
Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 18 2.1
Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian 19 2.2
Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số 19 2.3
Phương pháp đa truy nhập phân chia tần số trực giao 20 2.4
Phương thức đa truy nhập phân chia theo mã 20 2.5 Băng thông tín hiệu 21 2.6
Sơ đồ tổng quát hệ thống trải phổ SS 21 2.7
Sơ đồ máy phát DSSS- BPSK 23 2.8 Dạng sóng DS/SS- BPSK 24 2.9 Sơ đồ máy thu DSSS- BPSK 25 2.10
Dạng sóng các tín hiệu tại máy thu DSSS- BPSK 26 2.11
Mật độ phổ công suất của các tín hiệu 28 2.12
Sơ đồ khối máy phát của hệ thống DS/SS- QPSK 29 2.13
Dạng sóng điều chế DS/SS- QPSK cho cả 2 nhánh I và Q 31 2.14
Sơ đồ khối máy thu DS/SS- QPSK 32 5
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567 2.15 Trải phổ nhảy tần 35 2.16
Sơ đồ khối hệ thống trải phổ nhảy tần 35 2.17
Hệ thống nhảy tần nhanh 36 2.18
Hệ thống nhảy tần chậm 38 2.19
Đồ thị trải phổ nhảy thời gian 37 2.20
Sơ đồ khối hệ thống trải phổ TH/SS 38 2.21
Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 39 2.22
Bộ tạo mã với đa thức 40 2.23
Mạch thanh ghi tốc độ cao 41 2.24
Mạch thanh ghi tốc độ cao 42 2.25
Hàm tự tương quan cho chuỗi m 45 2.26
Hàm tự tương quan cho chuỗi PN 45 2.27
Sơ đồ tạo chuỗi bằng lấy mẫu 46 2.28
Sơ đồ khối chức năng máy thu DS/SS 48 3.1
Quá trình trải phổ và ngẫu nhiên hóa 50 3.2
Cấu trúc cây mã định kênh 51 3.3
Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp 53 3.4
Ghép kênh theo mã I/Q kết hợp ngẫu nhiên hóa phức 55 3.5
Trải phổ và ghép kênh vật lý DPDCH và DPCCH 56
Sơ đồ trải phổ phần bản tin của kênh vật lý PRACH và 3.6 57 PCPCH 3.7
Sơ đồ tổng quá trải phổ cho các kênh vật lý đường xuống 58 3.8
Sơ đồ ghép kênh đa mã cho đường xuống 60 MỞ ĐẦU 6
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
Trong sự phát triển của công nghệ thông tin như hiện nay, song song với
những thành tựu về công nghệ thông tin, điện tử, tin học, là sự phát triển mạnh
mẽ của lĩnh vực thông tin di động, giữ vai trò rất quan trọng trong mọi hoạt
động đời sống, kinh tế, văn hóa xã hội.
Từ những hệ thống thuộc thế hệ thứ nhất 1G, kỹ thuật tương tự, phát triển
lên thế hệ thứ 2 với các hệ thống thông tin số, cải thiện cả về tốc độ và dung
lượng hệ thống, nổi bật là hai công nghệ GSM và CDMA với những thành tựu
đáng kể. Thế hệ thứ 3 được phát triển do nhu cầu cần thiết về trao đổi số liệu tốc
độ cao, đa loại hình dịch vụ với chất lượng tốt. Theo tiêu chuẩn của tổ chức Liên
minh viễn thông quốc tế, các hệ thống GSM sẽ được phát triển lên hệ thống 3G
W-CDMA, trong khi đó các hệ thống CDMA sẽ phát triển thành CDMA- 2000.
Ở Việt Nam, mạng di động đã phát triển khá nhanh với nhiều nhà mạng
lớn như Mobifone, Vinafone,Viettel, EVN-Tellecom…góp phần tạo nên sự đa
dạng dịch vụ mobile cho người sử dụng. Đa số đây đều là những hệ thống GSM,
chính vì vậy mà khi phát triển lên 3G sẽ là hệ thống 3G UMTS trên cơ sở công
nghệ đa truy nhập theo mã băng rộng W- CDMA. Từ những dẫn chứng trên và
sự yêu thích tìm hiểu, em đã chọn đề tài tiểu luận: “Kỹ thuật trải phổ và ứng
dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin 3G”.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS. TS. Hồ Mạnh
Cường, người đã tận tình hướng dẫn em khi thực hiện tiểu luận này.
Trong thời gian tương đối ngắn mà lượng kiến thức khá rộng, do hiểu biết
còn hạn chế nên nội dung không tránh khỏi những thiếu sót, em rất muốn nhận
được sự đóng góp ý kiến từ thầy cô và các bạn để bài tiểu luận của em được tốt hơn.
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G W- CDMA 7
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Hình 1.1: Tiến trình phát triển lên 3G của hệ thống thông tin di động
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G
Đây là những hệ thống thông tin di động có dải tần hẹp, sử dụng phương
thức điều chế FM cho thoại, điều chế FSK cho tín hiệu, kỹ thuật đa truy nhập
FDMA cho nên còn tồn tại nhiều nhược điểm. Hệ thống có dung lượng nhỏ, sử
dụng chuyển mạch tương tự, chất lượng cuộc gọi kém, khả năng bị gián đoạn
cuộc gọi rất cao khi chuyển vùng, chế độ chuyển giao cuộc gọi giữa các cell
không được tin cậy và tin tức không được bảo mật.
1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G)
- Hệ thống GSM: ở châu Âu, băng tần hoạt động là 890- 915 MHz cho
đường lên và 935- 960 MHz cho đường xuống.
- Hệ thống tế bào kỹ thuật số 1800 (DCS 1800): Đây là một mạng truyền
thông cá nhân PCN tại Anh trên băng tần 1700- 2300 MHz.
- Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số (D-AMPS): IS-136.
- Hệ thống CDMA one (IS- 95A): Băng tần hoạt động 869- 894 MHz cho
đường xuống và 824- 849 MHz cho đường lên. 8
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống tế bào số cá nhân, hệ
thống điện thoại không dây CT-2, mạng viễn thông vô tuyến kỹ thuật số tiên tiến
DECT, hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân PHS.
* Đặc điểm chung của các hệ thống 2G:
- Các hệ thống này dùng kỹ thuật chuyển mạch số.
- Dung lượng cho phần dữ liệu tăng do giảm bớt phần tín hiệu báo hiệu.
- Có khả năng chống nhiễu kênh hiệu quả vì được áp dụng các phương thức mã hóa kênh.
- Tin tức được bảo mật cao.
- Khả năng chuyển giao hiệu quả hơn hệ thống cũ.
- Đáp ứng nhiều dịch vụ mới: thoại, số liệu, SMS, fax.
Tuy nhiên các hệ thống này còn nhiều nhược điểm: Độ rộng băng tần hạn
chế, khó đạt được các yêu cầu dịch vụ dữ liệu với tốc độ cao trong tương lai.
Ngoài ra vấn đề về khả năng lưu động toàn cầu còn nhiều khó khăn do
chưa thống nhất các hệ thống này tại các vùng lãnh thổ.
* Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 tiên tiến: Đây là bước đệm để cải
tiến hệ thống 2G lên 3G của hệ thống thông tin di động, sử dụng cơ sở hạ tầng
cơ sở là hệ thống 2G và có kết hợp thêm hệ thống chuyển mạch gói.
- Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD; dịch vụ vô tuyến gói
chung GPRS và công nghệ EDGE ra đời là giải pháp nâng cao tốc độ dữ liệu
của mạng chuyển mạch kênh (HSCSD) và chuyển mạch gói (GPRS).
- IS-95B: là hệ thống phiên bản đóng gói của IS-95A. Đây là cơ sở hình
thành hệ thống CDMA-2000 của 3G, giao diện IMT- 2000.
1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3
Từ những năm 90, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ra đời bằng kỹ
thuật đa truy nhập TDMA và CDMA cải tiến. So với hai hệ thống trước, hệ
thống này là hệ thống đa dịch vụ băng rộng tốc độ cao và đa phương tiện phủ
sóng toàn cầu như dịch vụ hộp thư thoại, truyền dữ liệu, fax, chuyển vùng quốc 9
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
tế, truy cập Internet, tra cứu thông tin, dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, dịch
vụ điện thoại thấy hình...
Một số đặc điểm của nó là có thể thực hiện chuyển mạng, hoạt động mọi
lúc, mọi nơi. Mỗi thuê bao di động được gắn một mã nhận dạng cá nhân, có thể
định vị vị trí chính xác của thuê bao tại bất cứ nơi đâu.
* Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:
+ Khả năng truyền thông đa phương tiện với tốc độ tối đa 384kb/s trong
vùng phủ sóng rộng và tới 2Mb/s trong vùng phủ sóng hẹp.
+ Cung cấp đa dịch vụ như thoại, video, gói dữ liệu... Đáp ứng cả dịch vụ
chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói, truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ
bit thấp ở đường lên; tốc độ bit cao ở đường xuống).
+ Khả năng tương thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông;
+ Có khả năng lưu động, chuyển vùng giữa các quốc gia toàn thế giới.
+ Tính cước theo dung lượng truyền mà không theo thời gian kết nối.
* Các tiêu chí chung để thiết lập IMT-2000:
- Dải tần quy định quốc tế: Đường xuống: 2110- 2200 MHz và đường lên là 1885- 2025 MHz.
- Là một hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện, dễ dàng đáp ứng các dịch vụ mới.
- Môi trường hoạt động gồm 4 vùng:
+ Vùng 1: Trong nhà, ô picô, tốc độ bit 2 Mb/s.
+ Vùng 2: Trong thành phố, ô micro, tốc độ bit 384 kb/s.
+ Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, tốc độ bit 144 kb/s.
+ Vùng 4: Toàn cầu, tốc độ bit 9,6 kb/s.
IMT- 2000 quy định các tiêu chuẩn cho 4 hệ thống 3G trên thế giới đó là:
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS ở châu Âu gồm W-CDMA FDD và 10
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
W-CDAM TDD; CDMA- 2000 ở Mỹ; UWC-136. Trong đó 2 hệ thống phổ biến
nhất là hệ thống UMTS W-CDMA (CDMA băng rộng) và CDMA- 2000.
- Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS W- CDMA: Hệ thống 3G
của châu Âu, là một trong họ của các giao diện sóng radio của IMT- 2000. Năm
1998, thiết lập 3GPP là những chỉ tiêu kỹ thuật của một hệ thống 3G, dựa trên
một CN của GSM cải tiến và UTRAN. Hệ thống sử dụng công nghệ CDMA
băng rộng (W- CDMA), cho phép chuyển giao giữa UMTS và GSM.
WCDMA: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng, sử dụng CDMA trải
phổ trực tiếp, tốc độ chip 3,84 Mc/s. Hai chế độ hoạt động là UTRA FDD và
UTRA TDD phương thức song công phân chia theo tần số và thời gian. Trong
tiểu luận em sẽ đi sâu tìm hiểu về chế độ UTRA FDD.
* Chức năng của UMTS: Phục vụ các dịch vụ đa phương tiện băng rộng,
tốc độ bit từ 64 đến 2048 Kb/s cho phép truyền hình ảnh, truy cập cơ sở dữ liệu
từ xa, truyền fax, video, truy nhập mạng… dựa trên các dịch vụ đang được cung
cấp bởi các hệ thống 2G cơ sở và cải tiến thêm, tốc độ dữ liệu có thể tới 2 Mb/s.
- Hệ thống CDMA- 2000: Hay IMT Multi- Carrier (IMT đa sóng mang) là
một tiêu chuẩn công nghệ cho hệ thống 3G xác định bởi 3GPP2, tiêu chuẩn này
sử dụng kỹ thuật CDMA. CDMA-2000 có một lịch sử kỹ thuật tương đối dài và
tương thích ngược với mạng IS- 95. Tập các tiêu chuẩn bao gồm: CDMA-2000
1X, CDMA-2000 EV-DO Rev. 0, CDMA2000 EV-DO Rev. A, và CDMA2000 EV-DO Rev.
Bảng 1.1 So sánh các thông số của hệ thống W-CDMA và CDMA-2000 Thông số W-CDMA CDMA-2000 Phương thức song FDD, TDD FDD công Băng tần FDD mode: 1920- 1280 1850 - 1910 MHz uplink MHz uplink 1930 - 1990 MHz 2110- 2170 MHz downlink downlink TDD mode: 1900- 1920 11
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567 MHz; 2010- 2025 MHz Băng thông kênh 5 MHz 1,25 × N MHz. Ban đầu N bằng 1,2 hoặc
3 nhưng về sau N có thể là 6,9 hay 12 Tốc độ chip 3,84 Mc/s 1,2288 × N Mc/s Độ dài khung 10 ms 20 ms Điều chế Downlink: QPSK Downlink: QPSK Uplink: BPSK Uplink: BPSK Trải phổ Downlink: QPSK Downlink: QPSK Uplink: OCQPSK Uplink: BPSk Mã hóa thoại AMR AMRUPlink: BPSK Tốc độ truyền dữ
Chế độ kênh lên đến 144 144 kb/s, 384 kb/s và 2048 liệu kb/s, 384 kb/s, 2,048 Mb/s. Kb/s
Chế độ gói dữ liệu tối thiểu 144kb/s,384kb/s, 2048 Kb/s Tần số điều khiển 1500 Hz 800 Hz công suất Đồng bộ trạm gốc Không Có Giao diện mạng GSM ANSI-41 3G (Phiên bản phát triển) (phiên bản phát triển) Mã hóa Turbo và mã xoắn Turbo và mã xoắn 12
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA
1.2.1 Cấu trúc hệ thống
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA
Đây là một hệ thống mạng di động có sự kết hợp cả phương thức chuyển
mạch kênh lẫn chuyển mạch gói tại một nút mạng, nên có khả năng chuyển
mạch linh hoạt bằng các phần tử logic, truyền dẫn được nhiều kiểu tín hiệu:
thoại, số liệu dung lượng lớn.
* Các giao diện vô tuyến:
- Giao diện Uu: giao diện mở quan trọng nhất cho phép UE truy nhập tới
các phần tử của mạng UTRAN.
- Giao diện Iub: mối liên kết giữa mỗi nút B với mỗi RNC.
- Giao diện Iu: giao diện cho kết nối CN với UTRAN, giao diện này cho
phép giao tiếp UTRAN và CN của nhiều nhà sản xuất.
- Giao diện Cu: kết nối giữa ME với thẻ USIM. Cu được chuẩn khuôn dạng cho các USIM.
- Giao diện Iur: cho khả năng chuyển giao mềm giữa các RNC từ những nhà sản xuất riêng. 13
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
Cấu trúc của mạng UMTS gồm 3 thành phần cơ bản: Thiết bị người sử
dụng (UE), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi CN.
Trong đó, UE giao tiếp với UTRAN thông qua giao diện Uu. Giao tiếp giữa
UTRAN và CN thông qua giao diện Iu.
1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)
UE là thiết bị đầu cuối người dùng của mạng, bao gồm hai phần:
- ME: thiết bị di động hay đầu cuối vô tuyến kết nối với mạng thông tin
vô tuyến mặt đất bằng giao diện Uu.
- USIM: Module xác thực thuê bao, là một card thông minh trong đó lưu
thông tin nhận dạng, thủ tục nhận thực cho thuê bao, là nơi lưu trữ các khoá
nhận thực, các thông tin quan trọng về thuê bao.
Giao tiếp giữa ME và USIM là giao diện Cu. ME gồm một số phần tử thực
hiện từng chức năng cụ thể, chẳng hạn thành phần MT (kết cuối mobile) thực
hiện truyền sóng radio; TE (thiết bị kết cuối) nơi lưu trữ các ứng dụng UMTS.
1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN * Yêu cầu:
- Tốc độ truyền số liệu rất cao, tối thiểu 384 Kb/s trong vùng phủ sóng
rộng và 2 Mb/s trong vùng phủ sóng hẹp.
- Kết hợp linh hoạt dịch vụ chuyển mạch gói với chuyển mạch kênh.
- Hỗ trợ một kết nối đa dịch vụ.
- Dung lượng lớn hơn hệ thống GSM.
- Hỗ trợ thêm các chức năng để hai chế độ tồn tại song song.
* Đặc tính của mạng UTRAN:
- Phổ tần: Băng tần đơn (1910-1920 Mhz: 2010-2025 Mhz), băng tần kép
(1929-1980 Mhz : 2110-2170 Mhz). Dải phổ này được chọn sử dụng cho Nhật
Bản và châu Âu; tại Bắc Mỹ dải phổ trên được cấp cho các hệ thống PCS.
- Dung lượng: Với chất lượng ứng dụng tốt hơn mạng hiện thời, đây là
một hệ thống đa tốc độ, có thể truyền dữ liệu với tốc độ bit thấp hoặc cao do áp 14
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
dụng trải phổ động, kết hợp thích ứng năng lượng truyền sóng. Với tốc độ 384
Kb/s khi dịch chuyển và 2 Mb/s khi cố định, đa loại hình dịch vụ.
- Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói: Dịch vụ chuyển
mạch kênh tốc độ cao được ứng dụng trong các dịch vụ thời gian thực. Dịch vụ
chuyển mạch gói cho phép người dùng luôn trực tuyến sử dụng những ứng dụng
không chiếm cả một kênh riêng. Người sử dụng sẽ chỉ phải thanh toán cước phí
cho số dữ liệu trao đổi qua mạng mà không bị tính phí thời gian kết nối.
Mạng UTRAN có hỗ trợ một kênh riêng để truyền dữ liệu gói khi phải
truyền các gói tin cỡ lớn một cách liên tục, hiệu quả về mặt kinh tế cho các ứng
dụng truy cập mạng LAN và Internet.
- Chuyển giao mềm: Trong mạng GSM, tại mỗi thời điểm, một máy di
động MS chỉ có thể nối tới một trạm thu phát. Khi di chuyển trong lúc đang gọi
thoại thì mobile sẽ được kết nối tới một trạm phù hợp nhất bằng chức năng
chuyển giao. Còn trong mạng UTRAN, UE được kết nối tới nhiều trạm thu phát
của nhiều Cell tại một thời điểm nên khả năng chuyển giao mềm hơn.
* Cấu trúc hệ thống mạng UTRAN
Hình 1.3: Cấu trúc mạng UTRAN
Mạng UTRAN gồm các hệ thống mạng RNS, trong đó gồm một khối
RNC điều khiển các nút B và mạng vô tuyến. Giao tiếp giữa một nút B và RNC
thông qua một giao diện Iub. Giao tiếp giữa RNS với mạng lõi thông qua bằng Iu
và giữa các RNC với nhau qua giao diện Iur. So với cấu trúc mạng GSM, RNS có 15
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
thể xem như 3G của BTSC trong đó một nút B tương đương với một BTS với
vùng phủ sóng hỗ trợ được các giao diện sóng vô tuyến 3G.
- Thành phần RNS: Chức năng điều khiển các cuộc gọi, điều khiển công
suất, chuyển mạch vùng cũng như kết nối với mạng lõi CN thông qua giao diện
Iu. Đồng thời cung cấp một kết cuối giao thức nhằm điều khiển tài nguyên vô
tuyến của mạng, truyền các bản tin và thủ tục giữa MS và UTRAN. RNS có vai
trò giống như một BSC trong mạng GSM.
Khối RNC: Điều khiển CRNC của nút B thông qua giao diện Iub. CRNC
có nhiệm vụ điều khiển tài nguyên vô tuyến cho cell của mình. Khi MS và
UTRAN kết nối có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến của một hay nhiều RNC:
+ SRNC (RNC phục vụ): điều khiển một MS dùng toàn bộ giao diện Iu
cho truyền số liệu và báo hiệu RANAP tương ứng từ thiết bị người dùng đến
mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên radio như giao
thức báo hiệu giữa UTRAN và UE. Xử lý các số liệu lớp hai, tới hoặc từ giao
diện vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một nút B khác.
+ DRNC (RNC kề cận) là một RNC nào đó khác SRNC có chức năng
điều khiển các cell được MS sử dụng. DRNC sẽ kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ
mô khi cần thiết. Không xử lí số liệu lớp hai, từ hoặc tới giao diện vô tuyến mà
sẽ chỉ có chức năng định tuyến số liệu giữa hai giao diện Iur và Iub một cách trong
suốt. Một UE có thể có nhiều DRNC nhưng cũng có thể không có.
Nút B(trạm gốc): Nhiệm vụ xử lí lớp vật lý (lớp 1) của giao diện vô tuyến,
chuyển đổi dữ liệu giữa giao diện Uu và Iub, điều khiển công suất vòng trong.
Chức năng tương tự như BS trong GSM.
1.2.1.3 Mạng lõi CN
- HLR: là cơ sở dữ liệu dung để lưu trữ các thông tin cơ bản nhất về thuê
bao đã được đăng ký với mạng, để quản lý thông tin về dịch vụ cho phép, định
tuyến cuộc gọi, tính cước cuộc gọi; dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi,
tốc độ truyền dữ liệu, thư thoại, các vùng không được chuyển mạng. 16
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com) lOMoARcPSD|50662567
- MSC/VLR: Đáp ứng những dịch vụ chuyển mạch kênh, ở vị trí hiện thời
của UE trong mạng. Tổng đài MSC có nhiệm vụ kết nối dữ liệu chuyển mạch
kênh trong toàn mạng, thông tin báo hiệu, thực hiện chuyển mạch cho thuê bao
được MSC này quản lý. VLR lưu trữ bản sao của HLR gồm thông tin đã đăng
ký của thuê bao, các dịch vụ được sử dụng, thông tin vị trí của thuê bao trong
mạng. Phần mạng được dùng để truy nhập qua MSC/VLR được gọi là vùng CS.
- GMSC: thực hiện chuyển mạch kết nối với mạng dữ liệu chuyển mạch kênh ngoài với MS.
- SGSN: có chức năng giống như của MSC/VLR nhưng áp dụng cho
những dịch vụ chuyển mạch gói. SGSN lưu trữ các thông tin về đăng ký và vị trí
thuê bao. Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi là vùng PS.
- GGSN: chức năng giống với GMSC nhưng áp dụng cho các dịch vụ PS.
1.2.1.4 Các mạng ngoài
- Các mạng CS: Đảm bảo các kết nối những dịch vụ chuyển mạch kênh
giống như các dịch vụ thoại.
- Các mạng PS: Đảm bảo các kết nối những dịch vụ chuyển mạch gói.
1.2.1.5 Mạng truyền dẫn
Mạng UTRAN truyền dẫn trên cơ sở phương thức ATM. Tiêu chuẩn
UTRAN đã được thảo luận để đưa ra kết luận xem mạng truyền dẫn có nên để
mở hay vẫn có cả lớp truyền dẫn, do một số nhà khai thác dịch vụ mong muốn
mạng có tính chất mở để tăng khả năng lựa chọn dịch vụ. Việc truyền dẫn giữa
trung tâm chuyển mạch và các trạm thu phát thực hiện bằng thủ tục mạng lõi.
Trong tương lai sẽ hướng đến một mạng chuyển mạch gói, ATM sẽ là
phương thức được chuẩn hóa và sử dụng với hiệu quả cao trong việc truyền một
lượng lớn số gói tin với trễ truyền thấp nhất. Có khoảng 300 cuộc gọi thực hiện
cùng lúc trên một luồng E1/T1.
1.2.1.6 Phân lớp trong hệ thống W- CDMA
Các hệ thống CDMA one, CDMA 2000, W-CDMA đều xây dựng một mô 17
Downloaded by B?p Tr??ng Thành (baptruongthanh@gmail.com)